Jazda wiązką energii w kosmos

W tym tygodniu na 45th Joint Propulsion Conference and Exhibition w Denver naukowcy, naukowcy i inżynierowie będą dyskutować o najnowszych postępach w układach napędowych statków kosmicznych i samolotów komercyjnych.

Wczesny model statku powietrznego napędzanego laserem.
Źródło: Instytut Politechniczny Rensselaer

Jednym z badanych tematów jest napęd wykorzystujący energię wiązki – wykorzystujący wiązkę energii skierowaną na statek kosmiczny w celu podgrzania paliwa lub dostarczenia energii elektrycznej do silnika. Dzięki usunięciu źródła energii z samej rakiety, napęd wykorzystujący energię wiązki może sprawić, że wystrzelenie statku kosmicznego będzie tańsze i bardziej niezawodne.

W konwencjonalnym napędzie chemicznym ogromne ilości energii są gromadzone w paliwie rakiety, co stanowi znaczną część jej masy. Ponadto systemy chemiczne są podgrzewane do temperatur powyżej temperatury topnienia niektórych materiałów w samej rakiecie, mówi Alexander Bruccoleri, naukowiec z wydziału aeronautyki i astronautyki w MIT, który niedawno otrzymał tytuł magistra w Space Propulsion Lab. Bruccoleri przedstawił referat na konferencji 3 sierpnia na temat metryki porównawczej, którą wymyślił do testowania systemów energii wiązki.

Energia wiązki została wymyślona pod koniec lat 70. przez NASA Ames Research Center i California Institute of Technology. Pomysł polegał na użyciu laserów jako wymiennika ciepła – pobranie energii i wytworzenie gorącego płynu, który może wypłynąć z dyszy, mówi Bruccoleri. Teraz naukowcy badają naziemne systemy laserowe, które podgrzewają paliwa, takie jak wodór, do temperatury łatwiejszej do opanowania. Cząsteczki wodoru mogą być przyspieszane dwa razy szybciej niż cząsteczki wody o tej samej temperaturze, zapewniając lepszą prędkość spalin – ciąg, jaki uzyskujesz dla szybkości, z jaką spalasz paliwo, mówi Bruccoleri. Używanie światła jako zewnętrznego źródła zasilania może zmniejszyć wagę i masę systemu pokładowego, pozostawiając miejsce na przykład na ładunki naukowe i zapewnia większą moc napędową.

Gra Myrabo , profesor nadzwyczajny inżynierii mechanicznej, lotniczej i jądrowej w Rensselaer Polytechnic Institute w Troy w stanie Nowy Jork, mówi, że ostatnie trzy do pięciu lat przybliżyły te systemy do rzeczywistości, ponieważ technologie przesyłania energii, takie jak wiązki laserowe i systemy o długości fal milimetrowych, spadły . Myrabo, założyciel Technologie Lightcraft , zademonstrował, że można wystrzelić mały statek powietrzny na wysokość 71 metrów za pomocą impulsów świetlnych, które ogrzewają paliwo. Obecnie otrzymał pięcioletni grant od Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych na zbadanie napędu laserowego do wystrzeliwania satelitów przy niezwykle niskich kosztach i wysokiej niezawodności, i prowadzi testy w Brazylii we współpracy z siłami powietrznymi tego kraju.

Podczas gdy Myrabo mówi, że takie systemy mogą stać się rzeczywistością za 5 do 10 lat, inni są sceptyczni. Kevin Johnson, kierownik ds. eksploracji kosmosu i napędu statków kosmicznych w Systemy kosmiczne Lockheed Martin w Denver, na przykład, wyraża zaniepokojenie możliwością interferencji atmosferycznej z wiązką. Greg McAllister, starszy inżynier ds. napędów, również w Lockheed Martin, zgadza się i mówi, że źródło energii wystarczająco silne, aby napędzać rakietę, może również ją spalić. (McAllister przedstawia na konferencji artykuł na temat testowania silników z przepustnicą pulsacyjną używanych w misji Mars Phoenix.)

Johnson twierdzi, że chociaż system mógłby generować wystarczającą ilość energii ze stacji naziemnej i obniżyć koszty, to będzie to wykonalne za 20 lat.

Lot testowy lekkiego statku przy użyciu impulsów świetlnych przeprowadzony przez Myrabo w 2000 roku na poligonie rakietowym White Sands w Nowym Meksyku. Źródło: RPI

ukryć